JP2019014786A - 熱硬化型導電性ペースト組成物、並びにこれを用いた太陽電池セルおよび太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
で示されるものである構成であってもよい。
本開示に係る導電性ペースト組成物が含有する(A)導電性粉末は、少なくとも(A−1)銀コート粉末および(A−2)銅系粉末の少なくとも一方であればよく、さらに(A−0)銀粉末を含んでもよい。本開示においては、導電性ペースト組成物に含有される(A)導電性粉末のうち(A−0)銀粉末の含有量を相対的に少なくしても、硬化膜の良好な物性を実現することが可能であるため、(A)導電性粉末としては、(A−1)銀コート粉末のみし、(A−2)銅系粉末のみ、もしくは、(A−1)銀コート粉末および(A−2)銅系粉末のみが用いられてもよいし、これら(A)導電性粉末に(A−0)銀粉末が併用されてもよい。
本開示に係る導電性ペースト組成物に用いられる(B)熱硬化性成分は、(B−1)エポキシ樹脂、および、(B−2)ブロック化ポリイソシアネート化合物の少なくとも一方である。(B)熱硬化性成分として、これら(B−1)エポキシ樹脂および(B−2)ブロック化ポリイソシアネート化合物を併用する場合には、これらは、所定の配合比で配合して用いることができる。
本開示に係る導電性ペースト組成物に用いられる(C)硬化剤は、(B)熱硬化性成分を硬化させることができる化合物であれば特に限定されない。本実施の形態では、(B)熱硬化性成分として、前述した(B−1)エポキシ樹脂または(B−2)ブロック化ポリイソシアネート化合物を用いているので、(C)硬化剤としては、(B−1)エポキシ樹脂または(B−2)ブロック化ポリイソシアネート(もしくはその両方)を硬化させるものであれば、その種類等は特に限定されず、導電性ペースト組成物の分野で公知の各種化合物を挙げることができる。
本開示に係る導電性ペースト組成物に用いられる(D)アルキルまたはアルケニルコハク酸系化合物は、コハク酸のα位の炭素(α炭素)に炭素数8〜24のアルキル基またはアルケニル基が導入されたアルキルコハク酸またはアルケニルコハク酸であるか、これらアルキルまたはアルケニルコハク酸の誘導体であればよい。
本開示に係る導電性ペースト組成物の製造方法は特に限定されず、導電性ペースト組成物の分野で公知の方法を好適に用いることができる。代表的な一例としては、前述した各成分を所定の配合割合(質量基準)で配合し、公知の混練装置を用いてペースト化する方法が挙げられる。混練装置としては、例えば、3本ロールミル等を挙げることができる。
本開示に係る導電性ペースト組成物は、前述した用途の中でも、特に太陽電池の分野に好適に適用することができる。具体的には、本開示に係る導電性ペースト組成物は、例えば、太陽電池セルの集電電極等の形成に好適に用いることができる。
[導電性粉末の評価方法]
(1)平均粒径D50
フレーク状粉末および球状粉末の平均粒径D50はレーザー回折法により評価した。フレーク状粉末または球状粉末の試料0.3gを50mlビーカーに秤量し、イソプロピルアルコール30mlを加えた後、超音波洗浄器(アズワン株式会社製USM−1)により5分間処理することで分散させ、マイクロトラック粒度分布測定装置(日機装株式会社製のマイクロトラック粒度分布測定装置9320−HRA X−100)を用いて、平均粒径D50を測定して評価した。
フレーク状粉末または球状粉末のBET比表面積は、試料1gをモノソーブ(カウンタクローム(Quanta Chrome)社製)を用いて窒素吸着によるBET1点法で測定して評価した。なお、当該BET比表面積測定において、測定前の脱気条件は60℃にて10分間とした。
フレーク状粉末または球状粉末のタップ密度は、タップ密度測定装置(株式会社柴山科学器械製作所製のカサ比重測定装置SS−DA−2)を使用し、試料15gを計量して20mlの試験管に入れ、落差20mmで1,000回タッピングし、次の式によりタップ密度を算出して評価した。
[導体抵抗の評価」
基材としてはアルミナ基板を用いた。そして、図1に示すように、このアルミナ基板の表面に、実施例、比較例、または参考例の導電性ペースト組成物を用いて、両端に端子51aおよび端子51bを有し配線部分52がつづら折り状となっている評価用導体パターン50と、図示しない2mm×2mmの正方形状の導体パターン(正方形パターン)とをスクリーン印刷した。その後、アルミナ基板を180℃の熱風乾燥機中で60分間加熱し、評価用導体パターン50(導電性ペースト組成物)を硬化させた。これにより比抵抗評価用サンプルを作製した。
評価用導体パターン50の信頼性の指標として、当該評価用導体パターン50の耐湿性を評価した。
実施例、比較例、または参考例の導電性ペースト組成物のペースト粘度は、Brookfield社製DV−III粘度計を用いて測定した。測定時のコーンとしてはCP−52を用い、1rpm回転時(ずり速度2s−1)のペースト粘度(η1rpm)を測定した。
実施例、比較例、または参考例の導電性ペースト組成物の保存安定性は、当該導電性ペースト組成物の粘度と前述した導体抵抗とを測定することにより評価した。
[太陽電池セルの製造]
実施例、比較例、または参考例の導電性ペースト組成物を用いて、図1に示す構成を有するヘテロ接合型の太陽電池セル10を次の手順で作製(製造)した。
また、n型単結晶シリコン基板11の裏側の外面(裏面)に、厚さ50Åのi型アモルファスシリコン層16をRFプラズマCVD法により形成し、このi型アモルファスシリコン層16の外面(裏面)に、厚さ50Åのn型アモルファスシリコン層17をRFプラズマCVD法により形成した。
前記の通りに作製(製造)された太陽電池セル10を用いて、図2に示す構成を有する太陽電池モジュール20を次の手順で作製(製造)した。
前記の通りに作製(製造)された太陽電池セル10について、太陽電池セル検査システム(共進電気株式会社製、商品名:KSX−3000H)を用いて、参考例1の太陽電池セル10において得られた最大出力Pmax を基準(100)として、各実施例、比較例、または参考例の太陽電池セル10について、その最大出力Pmax の相対的な数値を得て、そのセル特性を評価した。
以下の実施例、比較例または参考例等では、(A)導電性粉末として、下記表1に示す12種類のうち少なくとも1種の粉末を用いた。なお、これら(A)導電性粉末の内訳は、(A−0)銀粉末が2種類、(A−1)銀コート粉末が8種類、(A−2)銅系粉末が2種類である。
表4に示すように、(A)導電性粉末として、表1に示す(A−1)銀コート粉末である(A−101)銀コート銅粉末を90質量部、(B)熱硬化性成分として、表2に示す(B−1)エポキシ樹脂である(B−11)エポキシ樹脂および(B−12)エポキシ樹脂を質量比で30:70の割合で合計10質量部、(C)硬化剤として、表2に示す(C−1)硬化剤を0.5質量部となるように配合するとともに、(D)アルキル/アルケニルコハク酸化合物として、表3に示す(D−01)化合物を0.500質量部で配合し、3本ロールミルで混練した。その後、(E)溶剤としてブチルジグリコールアセテートを加えて粘度を100Pa・s(1rpm)に調整した。これにより、実施例1の導電性ペースト組成物を調製(製造)した。
表4に示すように、(A)導電性粉末として、表1に示す(A−1)銀コート粉末とともに(A−0)銀粉末である(A−01)球状銀粉末を所定の配合比で併用し、また、表4に示すように、表2に示す(B)熱硬化性成分および(C)硬化剤、表3に示す(D)アルキル/アルケニルコハク酸化合物を所定の配合量または添加量で用いた以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜4の導電性ペースト組成物を調製(製造)した。
表5または表6に示すように、表1に示す(A)導電性粉末、表2に示す(B)熱硬化性成分および(C)硬化剤、並びに、表3に示す(D)アルキル/アルケニルコハク酸化合物を所定の配合量または添加量で用いた以外は、実施例1と同様にして、実施例5〜14の導電性ペースト組成物を調製(製造)した。
表7に示すように、表1に示す(A)導電性粉末、表2に示す(B)熱硬化性成分および(C)硬化剤、並びに、表3に示す(D)アルキル/アルケニルコハク酸化合物を所定の配合量または添加量で用いた以外は、実施例1と同様にして、実施例15〜19の導電性ペースト組成物を調製(製造)した。
表8に示すように、表1に示す(A)導電性粉末、表2に示す(B)熱硬化性成分および(C)硬化剤、並びに、表3に示す(D)アルキル/アルケニルコハク酸化合物を所定の配合量または添加量で用いた以外は、実施例1と同様にして、実施例20〜23の導電性ペースト組成物を調製(製造)した。
表9に示すように、(A)導電性粉末として、(A−0)銀粉末(表1の(A−01)球状銀粉末)のみを用いるとともに、(D)アルキル/アルケニルコハク酸化合物を用いずに比較化合物としてステアリン酸を用いた以外は、実施例1と同様にして、参考例1の導電性ペースト組成物を調製(製造)した。
表9に示すように、(D)アルキル/アルケニルコハク酸化合物を用いなかった以外は、実施例5(表5参照)と同様にして、比較例1の導電性ペースト組成物を調製(製造)した。
表9に示すように、(A)導電性粉末として、(A−0)銀粉末(表1の(A−01)球状銀粉末)のみを用いるとともに、(D)アルキル/アルケニルコハク酸化合物として、表3に示す(D−05)化合物を0.200質量部用いた以外は、実施例1と同様にして、参考例2の導電性ペースト組成物を調製(製造)した。
表9に示すように、(D)アルキル/アルケニルコハク酸化合物として、表3に示す(D−05)化合物を過剰量(2.000質量部、比較例2)または過少量(0.005質量部、比較例3)とした以外は、実施例5(表5参照)と同様にして、比較例2または3の導電性ペースト組成物を調製(製造)した。
表10に示すように、表1に示す(A)導電性粉末、表2に示す(B)熱硬化性成分および(C)硬化剤、並びに、(D)アルキル/アルケニルコハク酸化合物の代わりに比較化合物としてのステアリン酸またはステアリルアミンを所定の配合量または添加量で用いた以外は、参考例1(表9参照)と同様にして、比較例4〜8の導電性ペースト組成物を調製(製造)した。
表11に示すように、表3に示す(D)アルキル/アルケニルコハク酸化合物の代わりに、表3に示す(CM−1)〜(CM−4)の比較化合物を用いた以外は、参考例2(表9参照)と同様にして、比較例4〜8の導電性ペースト組成物を調製(製造)した。
実施例1〜23、参考例1および2の結果から明らかなように、熱硬化型導電性ペースト組成物において、(A)導電性粉末として、(A−1)銀コート粉末および/または(A−2)銅系粉末を用い、かつ、(B)(B)熱硬化性成分として、(B−1)エポキシ樹脂および/または(B−2)ブロック化ポリイソシアネート化合物を用いた場合に、(D)アルキル/アルケニルコハク酸化合物を所定範囲内で配合することで、(A)導電性粉末として(A−0)銀粉末のみを用いた場合と同様に、良好な物性が得られるとともに、太陽電池においても良好な特性が得られることがわかる。
11 n型単結晶シリコン基板
12 i型アモルファスシリコン層
13 p型アモルファスシリコン層
14 透明導電膜
15 集電電極
16 i型アモルファスシリコン層
17 n型アモルファスシリコン層
18 透明導電膜
19 集電電極
20 太陽電池モジュール
21 タブ
22 充填材
23 表面保護ガラス
24 裏面保護材
50 評価用導体パターン
51a 端子
51b 端子
52 配線部分
Claims (8)
- (A)導電性粉末と、(B)熱硬化性成分と、(C)硬化剤と、を含有し、
前記(A)導電性粉末として、(A−1)銀コート金属粉末、および、(A−2)銅またはその合金の粉末の少なくとも一方が用いられ、
前記(B)熱硬化性成分が、(B−1)エポキシ樹脂および(B−2)ブロック化ポリイソシアネート化合物の少なくとも一方であり、
さらに、α位に炭素数8〜24のアルキル基またはアルケニル基が導入されたコハク酸またはその誘導体である(D)アルキルまたはアルケニルコハク酸系化合物を含有し、
前記(A)導電性粉末および前記(B)熱硬化性成分の合計量を100質量部としたときに、前記(D)アルキルまたはアルケニルコハク酸系化合物の配合量が0.01質量部以上1.8質量部以下であることを特徴とする、
熱硬化型導電性ペースト組成物。 - 前記(A−1)銀コート金属粉末が、銀コート銅粉末、銀コート銅合金粉末、銀コートニッケル粉末、銀コートアルミニウム粉末からなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする、
請求項1または2に記載の熱硬化型導電性ペースト組成物。 - 前記(A)導電性粉末として、さらに(A−0)銀粉末が用いられるとともに、
前記(A−1)銀コート金属粉末および前記(A−2)銅またはその合金の粉末の少なくとも一方の合計質量をW1とし、前記(A−0)銀粉末の質量をW2としたときに、W1:W2が100:0〜1:99の範囲内の配合比率となるように、これら(A)導電性粉末が配合されていることを特徴とする、
請求項1から3のいずれか1項に記載の熱硬化型導電性ペースト組成物。 - 前記(A)導電性粉末として、さらに、(A−3)金粉末、パラジウム粉末、ニッケル粉末、アルミニウム粉末、鉛粉末、およびカーボン粉末からなる群より選択される少なくとも1種が用いられることを特徴とする、
請求項1から4のいずれか1項に記載の熱硬化型導電性ペースト組成物。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の熱硬化型導電性ペースト組成物を用いて形成される集電電極を備えることを特徴とする、
太陽電池セル。 - 前記集電電極の下地層として透明導電膜が設けられていることを特徴とする、
請求項6に記載の太陽電池セル。 - 請求項6または7に記載の太陽電池セルを備えていることを特徴とする、
太陽電池モジュール。
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